CLR-2-2-引用類型和值類型

引用類型和值類型，是一個老生常談的問題了。裝箱拆箱相信也是猿猿都知，可是仍是跟着CLR via C#加深下印象，看有沒有什麼更加根本和之前被忽略的知識點。

 

引用類型：

引用類型有哪些這裏不過多贅述，來關心一下它在計算機內部的實際操做，引用類型老是從託管堆分配，線程棧上存儲的是指向堆上數據的引用地址，首先確立一下四個事實：

 內存必須從託管堆分配

 堆上分配成員時，CLR要求你必須有一些額外成員（好比同步塊索引，類型對象指針）。這些成員必須初始化。

 對象中的其餘字節老是設爲零

 從託管堆上分配對象時，可能強制執行一次垃圾回收

因此引用類型對性能是有顯著影響的。

 

值類型：

值類型是CLR提供的輕量級類型，它把實際的字段存儲在線程棧上

值類型不受垃圾回收器的限制，因此它的存在緩解了託管堆的壓力，也減小了垃圾回收的次數。

值類型都是派生自System.ValueType

全部值類型都是隱式密封的，目的是防止將值類型做爲其餘引用類型的基類

值類型初始化爲空時，默認爲0，它不像引用類型是指針，它不會拋出NullReferenceException異常，CLR還爲值類型提供了可控類型。

 

誤區防範：根據我本身的經驗，要避免對引用類型值類型賦值的錯誤認識，咱們先須要清楚，定義值類型，引用類型的底層實際操做，下面先根據流程圖瞭解一下：

   

例子：

 1 class SomeRef{public int x;}  2 struct SomeVal{public int x;}  3  4 staic void Test  5 {  6 SomeRef r1=new SomeRef();  7 SomeVal v1 =new SomeVal();  8  9 r1.x=5; 10 v1.x=5; 11 12 SomeRef r2=r1; 13 SomeVal v2 =v1; 14 r1.x=8; 15 v1.x=9; 16 17 string a="QWER"; 18 string b=a; 19 a="TYUI"; 20 }

這樣相似的例子，相信只要講到引用類型，值類型，就必定會見到，繼續複習一下。

首先揭曉幾輪複製後的結構：r1.x=8,r2.x=8 v1.x=9 v2.x=5 a="TYUI" b="QWER"

 

簡單分析一下：

r1 ,r2在線程棧上存儲的是同一個指向內存堆的地址，當r1值改變時，實際上是直接改變內存堆裏的內容，天然r1,r2所有變成了8。

而v1,v2是獨立存儲在線程棧上的，v1值改變時，只是單單改變v1線程棧裏的值，天然v2=5,v1=9。

而a，b的值爲何不像上面r1.x同樣變化呢，它們不是引用類型嗎，這就須要去看看上面的流程圖，由於你在給a改變賦值時，實際上是在託管堆上開闢了一個新的空間，你傳給a的是一個新的地址，而b還指向原來的老地址。

結合上面的三個圖和示例，對於引用類型和值類型構建相信應該有一個清楚的理解了。

 

使用值類型的一些建議：

值類型相對於引用類型，性能上更有優點，可是考慮在業務上的問題，值類型通常須要知足下面的所有條件，纔是適合定義爲值類型：

 類型具備基元類型的行爲。也就是說，是十分簡單的類型，沒有成員會修改類型的任何實例。若是類型沒有提供會更改其餘字段的成員，就稱爲不可變類型（immutable）。事實上，對於許多值類型，咱們都建議將所有字段標記爲readonly。

 類型不須要從其餘類型繼承

 類型不派生出其餘類（隱式密封）。

類型大小也應考慮：

由於實參默認以傳值方式傳遞，形成對值類型實例中的字段進行復制，若是值類型過於大會對性能形成損害。

一樣，當頂一個值類型的方法返回時，實例中的字段會複製到調用者分配的內存，也可能形成性能的損害。

因此，必須知足如下任意條件：

 類型實例較小（16字節或更小）

 類型實例較大（大於16字節），但不做爲方法實參傳遞，也不從方法傳遞

 

值類型的侷限：

 值類型有兩種形式：未裝箱和已裝箱，而引用類型一直是已裝箱。

 值類型從System.ValueType派生，System.ValueType重寫了Equals和GetHashCode方法。生成哈希碼時，會將對象的實例字段的值考慮在內。因此定義本身的值類型時，因重寫Equals和GetHashCode方法。

 值類型不能被繼承，它本身的方法不能是抽象的，全部都是隱式密封的。

 值類型不在內存堆中分配，因此一個實例的方法再也不活動時，分配給值類型的內存空間會被釋放，而沒有垃圾回收機制來處理它。

 

值類型的裝箱拆箱：

例如，ArrayList不斷的添加值類型進入數組時，就會發生不斷的裝箱操做，由於它的Add方法參數是object類型，天然裝箱就不可避免，天然也會形成性能的損失(FCL如今提供了泛型集合類，System.Collection.Generic.List<T>,它不須要裝箱拆箱操做。使得性能提高很多)。

裝箱相關的含義相信不用過多解釋，咱們來關心一下，內存中的變化，看看它是如何對性能形成影響的。

 

裝箱：

 在託管堆中分配內存。內存大小時值類型各字段所需的內存加上兩個額外成員（託管堆全部對象都有）類型對象指針和同步塊索引所需的內存量。

 值類型的字段值複製到堆內存的空間中。

 返回堆上對應的地址

而後，一個值類型就變成了引用類型。

 

拆箱：

 根據引用類型的地址找到堆內存上的值

 將值複製給值類型

拆箱的代價比裝箱小得多

 

裝箱拆箱注意點：

下面經過幾個示例，來熟悉一下裝箱拆箱的過程，並學會如何避免錯誤的斷定裝箱拆箱，CLR via C#這兩個實例對裝箱拆箱的理解很是有幫助：

 1     internal struct Point : IComparable  2  {  3         private Int32 m_x,m_y;  4         public Point(int x,int y)  5  {  6             m_x = x;  7             m_y = y;  8  }  9 
10         public override string ToString() 11  { 12             return String.Format("({0},{1})", m_x.ToString(), m_y.ToString()); 13  } 14 
15 
16         public int CompareTo(Point p) 17  { 18             return Math.Sign(Math.Sqrt(m_x * m_x + m_y * m_y) - Math.Sqrt(p.m_x * p.m_x + p.m_y * p.m_y)); 19  } 20 
21         public int CompareTo(object obj) 22  { 23             if (GetType() != obj.GetType()) 24  { 25                 throw new ArgumentException("o is not a point"); 26  } 27            return CompareTo((Point)obj); 28  } 29     }

 1         static void Main(string[] args)  2  {  3             //在棧上建立兩個實例
 4             Point p1 = new Point(10,10);  5             Point p2 = new Point(10,20);  6 
 7             //調用Tostring不裝箱
 8  Console.WriteLine(p1.ToString());  9 
10             //調用非虛方法GetType裝箱
11  Console.WriteLine(p1.GetType()); 12 
13             //調用CompareTo,不裝箱
14  Console.WriteLine(p1.CompareTo(p2)); 15 
16             //p1裝箱 
17             IComparable C = p1; 18  Console.WriteLine(C.GetType()); 19 
20             //不裝箱，調用的CompareTo（object）
21  Console.WriteLine(p1.CompareTo(C)); 22 
23              //不裝箱，調用的CompareTo（object）
24  Console.WriteLine(p1.CompareTo(p2));
26 
27  Console.ReadKey(); 28         }

1.調用ToString

不裝箱，由於ToString是從ValueType繼承的虛方法，中間沒有類型轉換的發生，不須要進行裝箱，另外注意的是：Equals，GetHashCode,ToString都是從ValueTye繼承的虛方法，因爲值類型都是密封類，沒法派生，因此只要你的值類型重寫了這些方法，並無去調用基類的實現，那麼是不會發生裝箱的，若是你去調用基類的實現，或者你沒有實現這些方法，那麼仍是可能發生裝箱。

2.調用GetType

GetType是繼承自Object，而且不能被重寫，因此不管如何值類型對其調用都會發生裝箱，另外MemberwiseClone方法也是如此。

3.第一次調用CompareTo方法

 由於Point裏面有了類型爲Point的參數CompareTo方法，不會發生裝箱操做

4.p1轉換爲ICompable

確認過眼神，這必定是一個裝箱。

5.第二次調用CompareTo方法

雖然此次調用的是參數爲object的方法，可是注意的是：首先咱們Point實現了這個重載，另外傳進去的是個ICompable，天然不會發生裝箱（另外，若是Point自己沒有這個方法呢？固然會裝箱，由於它不得不去調用父類的方法，而父類是一個引用類型，天然須要進行一次裝箱操做）

6.第三次調用CompareTo方法

c是ICompable，而ICompable在託管堆上也有對應的方法，也不會有裝箱發生。

 

 

 5  internal struct point  6   {  7         private int m_x,m_y;  8     
 9         pulic point(int x,int y) 10   { 11           m_x=x; 12           m_y=y; 13   } 14  
15      public void change(int x,int y) 16  { 17          m_x=x; 18          m_y=y; 19  } 20  
21     public ovveride String ToString() 22  { 23          return String.Format("{0},{1}",m_x.ToString.m_y.ToString()); 24  } 25  
26  }

 

 1 public static void Main()  2 {  3   Point p = new Point(1,1);  4  Console.WriteLine(p);  5 
 6   p.Change(2,2);  7  Console.WriteLine(p);  8 
 9   Object o=p; 10  Console.WriteLine(o); 11 
12   ((Point) o).Change(3,3); 13  Console.WriteLine(o); 14 }

結果：固然是 （1,1）（2,2） （2,2） （2,2） 前面三次的結果很好理解，第四次爲何是（2,2），由於object沒有change方法，它等拆箱拆到線程棧新的地址上，因而後面的操做則是在線程棧上進行，對o堆上的內容沒有任何影響

 

 1      internale interface IChangeBoxedPoint  2   {  3           void Change(int x,int y);  4   }  5    internal struct point  6   {  7           private int m_x,m_y;  8       
 9           pulic point(int x,int y) 10  { 11            m_x=x; 12            m_y=y; 13  } 14   
15       public void change(int x,int y) 16  { 17           m_x=x; 18           m_y=y; 19  } 20   
21      public ovveride String ToString() 22  { 23           return String.Format("{0},{1}",m_x.ToString.m_y.ToString()); 24  } 25 
26   }

 1 public static void Main()  2 {  3    Point p =new p(1,1);  4  Console.WriteLine(p);  5    
 6    p.Change(2,2);  7  Console.WriteLine(p);  8    
 9    Objec o =p; 10  Console.WriteLine(o); 11    
12   ((Point) o).Change(3,3); 13  Console.WriteLine(o); 14   
15   ((IChangeBoxedPoint) p).Change(4,4); 16  Console.WriteLine(p); 17   
18   ((IChangeBoxedPoint) o).Change(5,5); 19  Console.WriteLine(o); 20 }

結果：前面四次的結果應該是顯而易見了，（1,1）（2,2） （2,2） （2,2），那麼第五次呢，來簡單分析一下p裝箱爲IChangeBoxedPoint,而後把堆上對應的p的m_x,m_y改成4,4，可是對p輸出時堆上的內容不只回收了，並且輸出的是原來p線程棧上的內筒，仍然仍是剛剛的（2,2）,第六步，o沒有任何裝箱拆箱操做，固然是預期的（5,5）